David Archer, CTO, Niobium Microsystems – Interview Series

Dr. Archer es el CTO de Niobium Microsystems y un científico principal que lidera la criptografía y el cálculo de multiparty en Galois, Inc., cuyos clientes incluyen a DARPA, la NSA, IARPA y el Departamento de Seguridad Nacional.

Tiene más de 30 años de experiencia en investigación y desarrollo en ASIC complejos, hardware de sistema, arquitecturas de software, cálculo seguro y criptografía.

El Dr. Archer tiene un doctorado en Ciencias de la Computación de la Universidad Estatal de Portland, una maestría en Ingeniería Eléctrica y una licenciatura en Ingeniería de Computación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Niobium Microsystems es pionera en soluciones de computación de confianza cero, con los aceleradores de hardware de cifrado homomórfico (FHE) más rápidos de la industria. Las tecnologías de la empresa permiten a las organizaciones aprovechar el valor de los datos mientras los mantienen completamente cifrados, garantizando que la información sensible permanezca privada y apoyando el cumplimiento normativo. Al impulsar el rendimiento de FHE a niveles sin precedentes, Niobium Microsystems está haciendo posible una nueva generación de aplicaciones de aprendizaje automático y análisis estadístico con privacidad garantizada matemáticamente.

Ha tenido un viaje académico y profesional increíble. ¿Hubo un momento o influencia específica que lo llevó a dedicar su carrera a la criptografía?

Diría que son dos influencias específicas en desacuerdo, ambas dignas de leerse: El derecho a la privacidad de Warren y Brandeis y La sociedad transparente de Brin. El primero enfatiza el derecho a ser dejado solo, argumentando que la ley debe proteger a las personas de las tecnologías invasivas. El segundo argumenta lo contrario: esas tecnologías invasivas no se pueden evitar, y fallamos cuando tratamos de cegar a los pocos poderosos que las utilizan, porque la ley nos impide verlos. Cada vez más, ambas visiones parecen poco prácticas frente a la industria del crimen cibernético, los agregadores de datos y los abusos de los estados nación. La criptografía moderna que, por ejemplo, demuestra hechos sin revelar secretos, o comparte datos sensibles sin revelarlos, tienen partes importantes que desempeñar en una solución viable.

Para aquellos que no están familiarizados, ¿cómo explicaría el cifrado homomórfico y qué lo hace tan innovador para la privacidad de los datos?

El cifrado homomórfico, o FHE, es una tecnología criptográfica que permite realizar cálculos en datos cifrados sin descifrarlos nunca. Imagina entregar una caja cerrada a alguien: pueden manipular lo que hay dentro de la caja sin abrirlo nunca, y solo tú puedes desbloquear el resultado. Con FHE, los datos permanecen cifrados durante el almacenamiento, el tránsito y el cálculo. Eso es revolucionario: garantiza matemáticamente que los datos sensibles permanecen opacos. No más fugas, no más exposición.

¿Cuáles son los mayores desafíos para hacer que FHE sea práctico para aplicaciones de inteligencia artificial empresarial, y cómo está abordando Niobium esos desafíos?

Históricamente, el mayor desafío de FHE ha sido la eficiencia computacional: las operaciones FHE han sido miles o millones de veces más lentas que el cálculo regular. Pero en Niobium, hemos abordado esto de frente construyendo aceleradores de hardware FHE personalizados. A diferencia de las CPU tradicionales o el hardware adaptado de arquitecturas de gráficos o inteligencia artificial, nuestro diseño está optimizado desde cero para las necesidades computacionales de FHE. A través de un enfoque de codiseño de hardware y software completo, hemos llevado el rendimiento de FHE al ámbito del uso empresarial práctico, finalmente alineando la seguridad con la velocidad del negocio.

¿Qué tipos de casos de uso del mundo real, particularmente en defensa o finanzas, cree que están más listos para beneficiarse de FHE hoy en día?

Ya estamos viendo una demanda clara en defensa y finanzas, donde proteger los datos no es solo deseable, sino misión crítica. Una capacidad de guerra importante es el análisis de imágenes multiespectrales de aviones no tripulados (UAV), que se puede utilizar para detectar firmas químicas específicas en un paisaje. Sin embargo, las firmas específicas de interés a menudo son sensibles: un adversario que captura un UAV podría extraer esas firmas y aprender a adaptarse a ellas, evitando la detección. El FHE a bordo puede asegurar que esas firmas permanezcan seguras incluso en caso de captura del avión.

En finanzas, FHE es una solución transformadora. Permite consultas privadas en operaciones de trading en piscinas oscuras, salvaguardando las estrategias de trading y asegurando la equidad del mercado. Además, las instituciones pueden colaborar de manera segura en la detección de fraude a través de fronteras sin revelar datos de transacciones sensibles o identidades de clientes. Este enfoque de colaboración mejora significativamente las capacidades de detección, descubriendo esquemas de fraude institucional complejos, anomalías de transacciones transfronterizas y patrones de actividades ilícitas como el lavado de dinero, todo mientras mantiene el cumplimiento estricto de las regulaciones internacionales de protección de datos. La capacidad de compartir conocimientos sin compartir datos brutos no es solo beneficiosa, es esencial para un ecosistema financiero global seguro y cumplidor.

Ha habido mucho debate sobre “cero-matemáticas” o computación de privacidad. ¿Cómo define eso y qué papel juega en la pila tecnológica de Niobium?

La computación de “cero-matemáticas” de privacidad se refiere a hacer que las operaciones criptográficas complejas sean transparentes para los desarrolladores y los usuarios: no necesitan un doctorado en criptografía para aprovechar la tecnología. Ese es un objetivo loable, pero la verdad es que la implementación de FHE requiere conocimientos especializados. Es por eso que Niobium no se detiene en el hardware: también estamos construyendo pilas de software para integrar FHE de manera transparente en flujos de trabajo existentes. También somos miembros fundadores de FHETCH, un consorcio de normas abiertas que trabaja para construir API de interoperabilidad para que los aceleradores de hardware FHE y las bibliotecas de software puedan interoperar sin personalización. Estos son pasos críticos en el camino hacia un mundo donde los usuarios puedan beneficiarse de esta tecnología de próxima generación sin necesidad de convertirse en expertos en criptografía ellos mismos.

El cifrado homomórfico tiene la reputación de ser costoso en términos computacionales. ¿Dónde ve los avances más prometedores en rendimiento?

Los avances más prometedores están sucediendo en la aceleración de hardware diseñada específicamente para FHE. Las CPU y GPU tradicionales simplemente no están diseñadas para la aritmética de alta precisión y compleja que FHE exige. En Niobium, hemos diseñado específicamente nuestros diseños para manejar estas computaciones con una eficiencia sin precedentes. Junto con nuestras optimizaciones de compilador especializadas, estamos viendo mejoras de rendimiento de varios órdenes de magnitud que eran inimaginables hace apenas unos años.

Algunos enfoques de seguridad utilizan entornos de ejecución de confianza o computación confidencial. ¿Cómo se compara FHE con esos, y cuándo es la opción claramente mejor?

Los entornos de ejecución de confianza (TEEs), a veces llamados computación confidencial, confían en enclaves de hardware para proteger los datos, pero aún requieren confianza en el proveedor de hardware, el enclave y el software del sistema, y aún procesan los datos sin cifrar. La complejidad de esa “raíz de confianza” reduce a los TEE a “seguridad bastante buena”, y un gran número de estudios confirma esa preocupación. FHE elimina la confianza por completo de la ecuación: no se necesita descifrar los datos nunca, así que no hay datos sensibles que comprometer. Siempre que se requiera seguridad absoluta, garantizada matemáticamente, especialmente en industrias altamente reguladas, FHE es la opción superior.

Los ataques por canales laterales son una preocupación al trabajar con datos sensibles a nivel de hardware. ¿Qué medidas ha tomado para minimizar esos riesgos en los diseños de Niobium?

Los ataques por canales laterales explotan fugas de información no intencionadas del hardware. La investigación demuestra una y otra vez que los TEE son vulnerables a este tipo de ataque. Sin embargo, si la única información que se opera es cifrada, entonces filtrarla no beneficia al adversario. No es que nuestro hardware minimice el riesgo de fuga. En cambio, nuestro hardware maximiza el rendimiento y la eficiencia, particularmente porque no necesita preocuparse por fugas.

¿Cómo ve la evolución de los esfuerzos de estandarización en el espacio FHE, y qué está haciendo Niobium para asegurar la compatibilidad con las normas emergentes?

La estandarización es crucial para la adopción, y estamos participando activamente en estos esfuerzos a través de colaboraciones con grupos de la industria y organismos de estandarización. Niobium acaba de cofundar el Consorcio Técnico FHE para Hardware (FHETCH), junto con Chain Reaction y Optalysys, precisamente para impulsar la interoperabilidad y establecer benchmarks de rendimiento prácticos para soluciones FHE comercialmente viables. Como presidente técnico de FHETCH, estoy involucrado personalmente en dar forma a iniciativas como el desarrollo de una capa de abstracción de API, que permite la integración transparente entre aceleradores de hardware FHE y bibliotecas de software diversificados. También estamos involucrados en esfuerzos de estandarización de la comunidad FHE como los de homomorphicencryption.org. Estos esfuerzos proactivos ayudan a garantizar la compatibilidad y la interoperabilidad desde el principio, lo cual es clave para las empresas que buscan proteger sus inversiones en seguridad para el futuro. Animamos a NIST a estandarizar FHE rápidamente, porque como saben, las normas criptográficas de NIST establecen el escenario para las adquisiciones de tecnología del gobierno federal, haciendo efectivamente que la validación FIPS sea un requisito previo para vender cualquier producto criptográfico a cualquier agencia del gobierno de EE. UU.

¿Qué lo emociona más sobre hacia dónde se dirige el campo en los próximos años, y qué podemos esperar de Niobium en la hoja de ruta por delante?

Lo que me emociona más es el cambio de la promesa teórica a la implementación práctica de la computación segura a escala empresarial. En los próximos años, anticipo que los servicios de FHE en la nube se volverán cada vez más comunes, transformando la forma en que las organizaciones abordan la seguridad de los datos. Niobium seguirá liderando este esfuerzo: no solo estamos avanzando en el rendimiento de nuestros aceleradores FHE, sino que también estamos expandiéndonos hacia soluciones de computación de confianza cero más amplias, como pruebas de conocimiento cero y cálculo criptográficamente verificable. Esta combinación de asegurar la confidencialidad por un lado, mientras se asegura la integridad y la no repudiación por el otro, habla directamente a por qué estoy en este esfuerzo: resolver el enigma planteado por Brandeis y Brin. Espere ver tecnologías de privacidad más poderosas, versátiles y accesibles de nuestra parte, redefiniendo lo que las empresas consideran posible en el manejo de datos seguros.

Gracias por la gran entrevista, los lectores que desean aprender más pueden visitar Niobium Microsystems.